一种固体电解质及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种固体电解质，包括离子液体聚合物、有机框架材料和锂盐；所述有机框架材料为金属有机框架或共价有机框架；所述锂盐为LiY。本发明专利技术的固体电解质，将有机框架材料引入离子液体聚合物‑锂盐固体电解质体系中，使得以上复合固体电解质体系在提高离子电导率的同时保证其安全性，该固体电解质在＜80℃下离子电导率达到10

【技术实现步骤摘要】
一种固体电解质及其应用
本专利技术涉及新型锂电池固态电解质领域，尤其涉及一种固体电解质及其应用。
技术介绍
随着锂离子电池的发展以及市场规模的扩大，其本身的安全性问题也越来越受到人们的重视。电解质作为连接电池正极和负极的桥梁，在电化学器件的使用中至关重要。目前，电池中的电解质主要分为有机电解液和固体电解质两种。有机溶剂存在沸点低，闪点低，易燃易挥发的特点，因而将其用于锂二次电池会极大地影响电池的安全性；且随着对于电池的倍率和功率密度的要求不断提高，有机电解质所带来的安全隐患也愈发令人担忧。因此，具有高安全性的聚合物固体电解质受到了广泛的关注。有机框架材料，包括金属有机框架(MOFs)和共价有机框架(COFs)，具有高的比表面积、高孔隙率、规整开放性孔道、高的热稳定性等优点。MOFs是一类金属与有机配体相互作用的类分子筛多孔材料；COFs是有机构建单元通过共价键连接在一起，形成具有周期性结构的多孔骨架。由于有机框架材料中引入了有机配体，其能实现在二维和三维方向上的长程有序的排列，为孔内填充聚合物和锂盐创造得天独厚的条件；同时，由于其可精准控制结构单元的构成，进而可以调节孔内的环境来调控主客体的相互作用，加上其开放的孔道，有利于锂离子的传输，可有效的提高聚合物电解质的电导率和迁移数。现有技术中，已有将有机框架材料作为添加剂加入聚氧化乙烯聚合物固体电解质中，利用其丰富的孔道结构为锂离子快速传输提供通道，以改善聚氧化乙烯电解质离子电导率较低的问题，但以上电解质均用于高温环境，测试温度高于100℃，仅适用于特殊环境。另外，也有将金属有机框架结构作为载体，通过与有机电解液混合的方式制备混合固液电解质，从而获得兼具可接受的离子电导率和较好安全性的混合电解质，但以上电解质并不是真正意义上的固体电解质，其中仍包含低沸点、低闪点、易燃易挥发的液态组分，存在较大的安全隐患。
技术实现思路
本专利技术为解决现有有机框架-聚合物固体电解质体系应用温度较高、存在安全隐患的问题，提出一种固体电解质及其应用，本专利技术的固体电解质将有机框架材料引入离子液体聚合物-锂盐固体电解质体系中，使得以上复合电解质体系在提高离子电导率的同时保证其安全性。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术第一方面是提供了一种固体电解质，包括离子液体聚合物、有机框架材料和锂盐；所述离子液体聚合物为式(1)或式(2)的聚合物：其中，n为1000≤n≤4000的整数；m为50≤m≤2000的整数；R1为氢原子或C1-C10的直链脂肪族烷基；R2为C1-C10的直链脂肪族烷基或醚基；B-为(CF3SO2)2N-；所述有机框架材料为金属有机框架或共价有机框架；所述锂盐为LiY。进一步地，所述式(2)的聚合物中，R2为-CH2OCH3、-CH2CH2OCH3、-CH2CH2OCH2CH3、-CH2CH2OCH2CH2CH3、或-CH2CH2CH2OCH3。进一步地，所述金属有机框架为MOF-5、MIL-53(Al)、MIL-53(Cr)、Zn-MOF-74、HKUST-1、ZIF-1、ZIF-2、ZIF-3、ZIF-4、ZIF-5、ZIF-6、ZIF-7、ZIF-8、ZIF-9、ZIF-10、ZIF-22、ZIF-69、ZIF-90、NAFS-1、MIL-47、CAU-1、MIL-101(Cr)、CPO-27-Mg、CPO-27-Mn、CPO-27-Co、CPO-27-Ni、CPO-27-Zn、Mn(HCOO)2、Co(HCOO)2、Ni(HCOO)2中的一种或几种。进一步地，所述共价有机框架为COF-1、COF-5、COF-102、COF-103、COF-105、COF-108、COF-300、COF-316、COF-318、CTF-1、EB-COF-ClO4、CD-COF-Li中的一种或几种。进一步地，所述锂盐LiY中，Y-为(CF3SO2)2N-(LiTFSI)、(FSO2)2N-(LiFSI)、CF3SO3-、(OC2O2)F2B-(LiODFB)、(C3F6SO2)(FSO2)N-(LiFNFSI)、Li[(CF3SO2)(n-C4F9SO2)N]-(LiTNFSI)或B(OC2O2)2-(LiBOB)。进一步地，所述离子液体聚合物与所述有机框架材料的质量比为1:0.05～1:2。进一步地，所述离子液体聚合物与所述锂盐的质量比为1:0.1～1:1。本专利技术第二方面是提供了所述固体电解质在制备电解质膜中的应用，所述电解质膜含有所述固体电解质。进一步地，制备所述电解质膜包括如下步骤：S1：按照配比将离子液体聚合物、有机框架材料和锂盐分散在溶剂中，均匀混合，制得混合液；S2：将步骤S1所得的混合液涂布在模板上，制得电解质膜。本专利技术第三方面是提供了所述固体电解质在制备锂二次电池中的应用，所述锂二次电池具有由所述固体电解质制备的电解质膜。本专利技术采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：本专利技术的固体电解质，将有机框架材料引入离子液体聚合物-锂盐固体电解质体系中，使得以上复合固体电解质体系在提高离子电导率的同时保证其安全性，该固体电解质在＜80℃下离子电导率达到10-4S·cm-1以上，且不含液体组分，具有高安全性。本专利技术的固体电解质可用于制备电解质膜，在锂二次电池中具有广阔的应用前景。具体实施方式本专利技术一种固体电解质，包括离子液体聚合物、有机框架材料和锂盐；离子液体聚合物为式(1)或式(2)的聚合物：其中，n为1000≤n≤4000的整数；m为50≤m≤2000的整数；R1为氢原子或C1-C10的直链脂肪族烷基；R2为C1-C10的直链脂肪族烷基或醚基；R2为-CH2OCH3、-CH2CH2OCH3、-CH2CH2OCH2CH3、-CH2CH2OCH2CH2CH3、或-CH2CH2CH2OCH3；B-为(CF3SO2)2N-；有机框架材料为金属有机框架或共价有机框架；锂盐为LiY。在本专利技术的一种实施方式中，金属有机框架为MOF-5、MIL-53(Al)、MIL-53(Cr)、Zn-MOF-74、HKUST-1、ZIF-1、ZIF-2、ZIF-3、ZIF-4、ZIF-5、ZIF-6、ZIF-7、ZIF-8、ZIF-9、ZIF-10、ZIF-22、ZIF-69、ZIF-90、NAFS-1、MIL-47、CAU-1、MIL-101(Cr)、CPO-27-Mg、CPO-27-Mn、CPO-27-Co、CPO-27-Ni、CPO-27-Zn、Mn(HCOO)2、Co(HCOO)2、Ni(HCOO)2中的一种或几种；共价有机框架为COF-1、COF-5、COF-102、COF-103、COF-105、COF-108、COF-300、COF-316、COF-318、CTF-1、EB-COF-ClO4、CD-COF-Li中的一种或几种。在本专利技术的一种实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固体电解质，其特征在于，包括离子液体聚合物、有机框架材料和锂盐；/n所述离子液体聚合物为式(1)或式(2)的聚合物：/n

【技术特征摘要】
1.一种固体电解质，其特征在于，包括离子液体聚合物、有机框架材料和锂盐；
所述离子液体聚合物为式(1)或式(2)的聚合物：



其中，n为1000≤n≤4000的整数；m为50≤m≤2000的整数；R1为氢原子或C1-C10的直链脂肪族烷基；R2为C1-C10的直链脂肪族烷基或醚基；B-为(CF3SO2)2N-；
所述有机框架材料为金属有机框架或共价有机框架；
所述锂盐为LiY。


2.根据权利要求1所述的固体电解质，其特征在于，所述式(2)的聚合物中，R2为-CH2OCH3、-CH2CH2OCH3、-CH2CH2OCH2CH3、-CH2CH2OCH2CH2CH3、或-CH2CH2CH2OCH3。


3.根据权利要求1所述的固体电解质，其特征在于，所述金属有机框架为MOF-5、MIL-53(Al)、MIL-53(Cr)、Zn-MOF-74、HKUST-1、ZIF-1、ZIF-2、ZIF-3、ZIF-4、ZIF-5、ZIF-6、ZIF-7、ZIF-8、ZIF-9、ZIF-10、ZIF-22、ZIF-69、ZIF-90、NAFS-1、MIL-47、CAU-1、MIL-101(Cr)、CPO-27-Mg、CPO-27-Mn、CPO-27-Co、CPO-27-Ni、CPO-27-Zn、Mn(HCOO)2、Co(HCOO)2、Ni(HCOO)2中的一种或几种。


4.根据权利要求1所述的固体电解质，其特征在于，所述共价有机框架为COF-1、COF-5、COF-102、C...

【专利技术属性】
技术研发人员：李斯剑，耿振，王中驰，周兰，苏青，廖文俊，
申请(专利权)人：上海电气集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31